В США создали чип, который управляет звуком на квантовом уровне
Исследователи из Виргинского политехнического университета и Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) разработали необычное устройство на чипе, которое улавливает и контролирует звуковые волны, имитируя поведение реальных атомов. Это может стать важным шагом к созданию более компактных и энергоэффективных систем для искусственного интеллекта и квантовых вычислений. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Почему звук вместо электронов?
По мере того как микросхемы становятся все меньше, привычные законы классической физики перестают работать. Процессы переходят в квантовую область, где тепло, вибрации и электромагнитные помехи легко разрушают хрупкие состояния. Чтобы научиться управлять такими системами, ученым понадобился новый подход. Они решили использовать звуковые, или акустические, волны — их проще контролировать и они расходуют меньше энергии.
Команда из департаментов электротехники, физики и Центра квантовой информатики Виргинского технологического института вместе с коллегами из ORNL создала так называемый акустический атом. Это крошечное устройство на чипе, способное захватывать звуковые волны и направлять их, как атом направляет электроны между энергетическими уровнями.
Как это работает
«Атом в природе имеет разные энергетические уровни, между которыми перемещаются электроны, — объясняет Линбо Шао, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Виргинского политехнического университета. — Наш акустический атом — это устройство с различными энергетическими уровнями для акустических волн. Используя электрические поля, мы можем вызывать переходы между этими акустическими энергетическими уровнями, имитируя реальные атомы».
Простыми словами, ученые построили искусственную структуру, которая ведет себя как атом, но вместо света или электричества работает со звуком. Это позволяет наблюдать и направлять сигналы на уровне, близком к квантовому.
Зачем нужны такие технологии
Такие акустические чипы могут радикально изменить несколько областей. Они пригодятся для создания сверхчувствительных датчиков, интерфейсов для квантовых компьютеров, аналоговых вычислителей и компактных компонентов для микроволновой связи. Звуковые волны, в отличие от электромагнитных, отлично распространяются на крошечных расстояниях и дольше сохраняют информацию.
«Мы сейчас используем классические когерентные микроволновые источники для генерации акустических волн. До достижения уровня отдельных фононов еще долгий путь, но мы оптимистично настроены, что все это скоро произойдет, — добавил Шао. — В конечном итоге мы надеемся, что эта платформа предоставит новый, очень компактный способ обработки сигналов и выполнения аналоговых акустических вычислений непосредственно на чипе».
Пока устройство работает с относительно сильными сигналами, но цель дойти до управления отдельными фононами (квантами звука). Если получится, это откроет дорогу к энергоэффективным чипам, которые найдут место и в медицине, и в автомобилях, и в системах искусственного интеллекта. Использование обычного звука вместо электронов — может помочь преодолеть барьеры миниатюризации электроники.
